组成图示
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传感器类型
电化学生物传感器
检测对象
多巴胺（dopamine, DA）；样品基质：磷酸盐缓冲液（PBS），面向生理样品（脑内/生理液）
检测原理
该传感器以垂直排列 MWCNTs 为导电催化基底，PVI–dmeOs 电沉积层将表面亲水化并提供可逆 Os 氧化还原中心。Nafion 与 PVI–dmeOs 通过静电作用层层组装，形成可控厚度的多层膜。中性 pH 下 DA 带正电，Nafion 负电膜静电排斥带负电的 AA 并富集 DA，提高选择性；PVI–dmeOs 吸水溶胀形成三维氧化还原水凝胶，兼具电子和离子传导能力，可电催化 DA 氧化。DA 在约 +180 mV 处发生两电子氧化，氧化峰电流密度随 DA 浓度升高而增大。信号放大来自 Nafion 的电荷积累/排斥效应、PVI–dmeOs 氧化还原水凝胶的电催化作用以及 MWCNTs 的导电催化协同。
检测灵敏度
LOD: 0.05 μM；线性范围: 0.1–10 μM；灵敏度: 8.15 μA cm−2 μM−1；线性回归系数: 0.97；裸CNT LOD: 2.5 μM；裸CNT灵敏度: 1.24 μA cm−2 μM−1
效应效果
三层 (Nafion/PVI-dmeOs)3/CNT 电极对 10 μM 和 50 μM DA 的背景扣除 LSV 峰电流密度分别为 51.4±9.4 和 119.1±18.0 μA cm−2，约为裸 CNT（7.0±1.3 和 30.3±7.5 μA cm−2）的 7.3 倍和 3.9 倍；相同修饰的 GC 电极响应仅为 CNT 电极的 6.4% 和 4.9%。Nafion 层可排斥 AA，提高 DA 检测选择性；SEM、UV–vis 和 EIS 表明 LBL 膜均匀生长且膜电阻随层数增加。该电极 LOD 降至 0.05 μM，裸 CNT 为 2.5 μM；灵敏度由 1.24 提高到 8.15 μA cm−2 μM−1，线性范围 0.1–10 μM。作者认为其可用于生理样品中 DA 的直接原位检测。
传感器的构成
- 基底/换能器电极：Ta 板负载高密度垂直排列多壁碳纳米管（MWCNTs），经导电银漆连接至玻碳电极（GC），提供导电与电化学催化基底
- 碳纳米管层：MWCNTs，直径约 80–200 nm、长度约 5–10 μm，提供高导电性和 DA 电催化活性
- 初始氧化还原层：电沉积交联 PVI–dmeOs 薄膜，将 CNT 表面由疏水变为亲水，提供 Os 氧化还原中心
- 负电选择性层：Nafion 薄膜，通过静电作用组装，负电荷排斥抗坏血酸（AA）并富集多巴胺（DA）
- 正电氧化还原层：PVI–dmeOs 薄膜，与 Nafion 交替层层组装，形成三维氧化还原水凝胶并传导电子/离子
- 检测读出：三电极体系与 BAS100B 电化学分析仪，通过线性扫描伏安（LSV）读取 DA 氧化峰电流
中文摘要
本研究报道了一种通过层层组装增强多巴胺电化学生物传感器性能的方法。作者先将氧化还原聚合物聚(乙烯基咪唑)–Os(4,4′-二甲基-2,2-联吡啶)2Cl（PVI–dmeOs）电沉积到多壁碳纳米管（MWCNTs）表面，使其由疏水变为亲水，并通过静电作用在 PVI–dmeOs/CNTs 表面交替组装 Nafion 与 PVI–dmeOs 薄膜，形成 (Nafion/PVI-dmeOs)n/CNTs 电极。扫描电镜、循环伏安、阻抗谱和紫外–可见光谱证明多层膜均匀生长。与裸 CNT 相比，三层 Nafion/PVI-dmeOs 修饰电极对 10 μM 和 50 μM 多巴胺（DA）的线性扫描伏安峰电流密度分别提高约 7.3 倍和 3.9 倍。该电极的检出限（信噪比 3）为 0.05 μM DA，线性范围为 0.1–10 μM DA，线性回归系数为 0.97，DA 检测灵敏度为 8.15 μA cm−2 μM−1。作者认为该电极有望用于生理样品中 DA 水平的直接、原位检测。
英文摘要
In this study, carbon nanotubes (CNTs) were modified to further improve their performance in electrochemical sensing of dopamine (DA) levels. After a redox polymer, poly(vinylimidazole) complexed with Os(4, 4'-dimethyl- 2, 2-bipyridine)(2)Cl (termed PVI-dmeOs) was electrodeposited on multi-wall CNTs (MWCNTs), Nafion and PVI-dmeOs films were successfully layer-by-layer (LBL) assembled on the hydrophilic surface of the as-prepared PVI-dmeOs/CNTs nanocomposites through electrostatic interactions. The LBL assembly was proved by scanning electron microscopy (SEM), electrochemistry and UV-vis spectroscopy measurements. LBL assembly of Nafion/PVI-dmeOs films on CNTs significantly enhanced their linear sweep voltammetry (LSV) response sensitivity to DA, with a maximum enhancement for three Nafion/PVI-dmeOs film-modified MWCNTs. The LSV peak current density of (Nafion/PV I-dmeOs)(3)/CNT electrodes in response to 10 and 50 microM DA solutions was about 7.3 and 3.9 times those for bare CNTs. At the (Nafion/PV I-dmeOs)(3)/CNT electrodes, the limit of detection (LOD) (signal-to-noise ratio: 3) was 0.05 microM DA, the linear range was 0.1-10 microM DA (with a linear regression coefficient of 0.97) and the DA-sensing sensitivity was 8.15 microA cm( - 2) microM( - 1). The newly fabricated (Nafion/PV I-dmeOs)(3)/CNT electrodes may be developed as an ideal biosensor for direct and in situ measurement of DA levels.